人教版 (2019)必修 第二册4 宇宙航行精品课时练习

这是一份人教版 (2019)必修 第二册4 宇宙航行精品课时练习，文件包含第七章万有引力与宇宙航行单元检测A卷-高一物理同步备课系列人教版必修第二册解析版docx、第七章万有引力与宇宙航行单元检测A卷-高一物理同步备课系列人教版必修第二册原卷版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共22页， 欢迎下载使用。
第七章 万有引力与宇宙航行单元检测 A卷(时间：90分钟　满分：100分)一、单项选择题(本题共13小题，每小题3分，共39分)1．对于开普勒第三定律的公式，下列说法正确的是（　　）A．公式既适用于轨道是椭圆的运动，也适用于轨道是圆形的运动B．公式中的T为天体的自转周期C．公式中的k值，只与中心天体和环绕天体的质量有关D．若已知月球与地球之间的距离，则可以根据开普勒第三定律公式求出地球与太阳之间的距离【答案】A【解析】A．开普勒第三定律不仅适用于行星绕太阳的运动，也适用于卫星绕行星的运动。所以也适用于轨道是圆的运动，A正确；B．公式中的T为天体的公转周期，B错误；C．式中的k是与中心星体的质量有关，与绕中心天体旋转的行星（或卫星）无关，C错误；D．式中的k是与中心星体的质量有关，月球绕地球转动，地球绕太阳运动，二者不具有同一中心天体，故公式不成立，所以已知月球与地球之间的距离，无法求出地球与太阳之间的距离，D错误。故选A。2．根据天体演变的规律，太阳的体积在不断增大，几十亿年后将变成红巨星．在此过程中太阳对地球的引力(太阳和地球的质量可认为不变)将(　　)A．变大   B．变小C．不变   D．不能确定【答案】A【解析】根据万有引力定律公式F＝G可知，太阳和地球的质量不变，太阳的体积增大，但是太阳中心到地球中心的距离不变，知万有引力大小不变，故C正确，A、B、D错误．3.设地球表面重力加速度为，物体在距离地球表面3R（R是地球半径）处，由于地球的作用而产生的加速度为g，则等于（　　）A. 3 B. 4 C. 9 D. 16【答案】D【解析】当重力与万有引力相等时有：可得地球表面重力加速度：在距地球表面3R处的重力加速度：则等于16，故D正确ABC错误。故选D。4．某宇航员在某星球表面，将一质量为m的小球由静止释放，小球做自由落体运动，测得小球下落高度为h，所用的时间为t，若该星球的半径为R，万有引力常量为G，则该星球的质量为（　　）A．   B．    C．   D．【答案】B【解析】小球下落的过程中根据自由落体运动规律有解得质量为m的物体，在星球表面，星球对它的引力等于其重力，有 解得星球质量故B正确，ACD错误。故选B。5．若想检验“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”都遵循同样的规律（即“物体受到地球引力的大小与物体到地球中心距离的平方成反比”），在已知地球表面重力加速度、月地距离和地球半径的情况下，还需要知道（   ）A．地球的质量 B．月球的质量C．月球公转的周期 D．月球的半径【答案】C【解析】已知地球表面重力加速度g、月地距离r、地球半径R、月球公转的加速度为a，月地检验中只需验证a = 就可以证明“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”都遵循同样的规律（即“物体受到地球引力的大小与物体到地球中心距离的平方成反比”），而a = r()2T为月球公转的周期。要计算月球公转的加速度，就需要知道月球公转的周期。故选C。6.我国发射的“神州”五号载人宇宙飞船的周期约为90min，如果把它绕地球的运动看作是匀速圆周运动，则飞船的运动和人造地球同步卫星（轨道平面与地球赤道平面共面，运行周期与地球自转周期相同）的运动相比，下列判断中正确的是（ ）A. 飞船的轨道半径大于同步卫星的轨道半径B. 飞船运行的向心加速大于同步卫星运行的向心加速度C. 飞船的运行速度小于同步卫星的运行速度D. 飞船运行的角速度小于同步卫星运行的角速度【答案】B【解析】同步卫星的周期为24h＞90minA：由：可得即：谁的周期长，谁的半径大，故A错误．B：由得谁的半径大，谁的半加速度小，由A选项知：同步卫星的半径大，故其向心加速度小，故B正确．C：由得：谁的半径大，谁的速度度小，由A选项知：同步卫星的半径大，故其速度小，故C错误。D：由得谁的半径大，谁的角速度度小，由A选项知：同步卫星的半径大，故其角速速度小，故D错误。故选B。7．如图为某双星系统A、B绕其连线上的O点做匀速圆周运动的示意图，若A星的轨道半径大于B星的轨道半径，双星的总质量为M，双星间的距离为L，其运动周期为T，则（　　）A．A的质量一定大于B的质量B．A的线速度一定大于B的线速度C．L一定，M越大，T越大D．M一定，L越大，T越小【答案】B【解析】A．设双星质量分别为mA、mB，轨道半径分别为RA、RB，角速度相等，均为ω，根据万有引力提供向心力可知,距离关系为联立解得因为所以A的质量一定小于B的质量，A错误；B．根据线速度与角速度的关系有,因为角速度相等，轨道半径所以A的线速度大于B的线速度，B正确；CD．根据万有引力提供向心力可知,联立可得所以L一定，M越大，T越小；M一定，L越大，T越大，CD错误。故选B。‍8．2021年10月16日零时23分，神舟十三号载人飞船在酒泉卫星发射中心发射升空，零时33分载人飞船与火箭成功分离，进入预定轨道，顺利将3名航天员送入太空并将在轨驻留六个月。在完成与天和核心舱顺利对接任务后，组合体在离地约390km的圆轨道上运动。下列说法正确的是（　　）
A．航天员可以在核心舱通过举哑铃健身B．组合体的运行速率可以是C．发射速度可以大于第二宇宙速度D．对接后，核心舱的运行速率不变【答案】D【解析】A．用哑铃锻炼身体主要就是利用哑铃的重力，在太空舱哑铃处于完全失重状态，它对人的胳膊没有压力的作用，故A错误；B．第一宇宙速度是近地卫星的线速度，也是所有卫星最大的运行速度，则组合体的运行速率不可能是，故B错误；C．组合体在离地约390km的圆轨道上绕地球运动，则发射速度大于第一宇宙速度，小于第二宇宙速度，故C错误；D．对接后，因轨道半径不变，由可知核心舱的运行速率不变，故D正确；故选D。9. 2020年3月9日19时55分在西昌卫星发射中心，我国利用长征三号乙运载火箭，成功发射北斗三号GEO－2地球同步轨道卫星，图3为北斗三号卫星.2020年6月11日2时31分在太原卫星发射中心，我国利用长征二号丙运载火箭，成功发射海洋一号D星，海洋一号D星离地高度约800 km.月球是地球唯一的天然卫星，环绕周期为27.3天．三颗卫星绕地球的运动均看作匀速圆周运动．关于这三颗卫星，下列说法正确的是(　　)A．北斗三号GEO－2卫星的环绕周期大于海洋一号D星的环绕周期B．月球环绕地球的向心加速度最大C．北斗三号GEO－2卫星环绕地球的线速度大于海洋一号D星的线速度D．月球环绕地球的角速度大于北斗三号GEO－2环绕地球的角速度【答案】A【解析】根据G＝m＝mω2r＝mr＝ma，解得T＝2π、a＝、v＝、ω＝，北斗三号GEO－2卫星的环绕半径大于海洋一号D星的环绕半径，则北斗三号GEO－2卫星的环绕周期大于海洋一号D星的环绕周期；月球环绕地球的轨道半径最大，则向心加速度最小；北斗三号GEO－2卫星环绕地球的线速度小于海洋一号D星的线速度；月球环绕地球的角速度小于北斗三号GEO－2环绕地球的角速度．故选A.10.太阳系各行星几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳做圆周运动，其中火星轨道长半径1.524天文单位（地球到太阳的平均距离为一个天文单位，1天文单位约等于1.496亿千米）。则火星公转一周约为（　　）A．0.8年 B．2年 C．3年 D．4年【答案】B【解析】由开普勒第三定律可得可得故ACD错误，B正确。故选B。11.2021年2月10日，中国首次火星探测任务“天问一号”探测器实施近火捕获制动，成为火星卫星。如图所示为探测器经过多次变轨后登陆火星的轨道示意图，其中轨道Ⅰ、Ⅲ为椭圆，轨道Ⅱ为圆，探测器经轨道Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ后从Q点登陆火星。O点是三个轨道的交点，轨道上的O、P、Q三点与火星中心在一条直线上O、Q分别为椭圆轨道Ⅲ的远火点和近火点。已知火星的半径为R，，探测器在轨道Ⅱ上正常运行时经过O点的速度为v，在此轨道上运行的周期为T，下列说法正确的（　　）
A．沿轨道Ⅰ运行时探测器与Q点的连线在相等时间内扫过的面积相等B．沿轨道Ⅱ运行时探测器经过O点时的加速度为C．沿轨道Ⅱ运行的过程中探测器处于平衡状态D．沿轨道Ⅲ运行时探测器从O点到Q点的时间为【答案】D【详解】A．沿轨道Ⅰ运行时探测器与火星中心的连线在相等时间内扫过的面积相等，所以A错误；B．沿轨道Ⅱ运行时探测器做匀速圆周运动，万有引力全部提供向心力，其轨迹半径为3R，则经过O点时的加速度为，所以B错误；C．沿轨道Ⅱ运行的过程中探测器做匀速圆周运动，不处于平衡状态，所以C错误；D．沿轨道Ⅲ运行时探测器的周期为，半长轴为2R，根据开普勒第三定律有解得沿轨道Ⅲ运行时探测器从O点到Q点的时间为所以D正确；故选D。12.地球质量大约是月球质量的81倍，地月距离约为38万千米，两者中心连线上有一个被称作“拉格朗日点”的位置，一飞行器处于该点，在几乎不消耗燃料的情况下与月球同步绕地球做圆周运动，则这个点到地球的距离约为（　　）A．3.8万千米 B．5.8万千米 C．32万千米 D．34万千米【答案】C【解析】以M表示地球的质量，m表示月球的质量，表示飞行器的质量， 表示地月距离，x表示飞行器到月球的距离， 表示月球公转的角速度根据万有引力定律和牛顿第二定律，有，联立以上两式，得，由于则即，解得所以，飞行器与地球的距离为故选C。13．地球环境的变化，大家都是有目共睹的，也许将来有一天真的不再适合人类居住，电影《流浪地球》里的选择是带着地球一起流浪，而现实中，有人选择移居火星。火星是靠近地球的类地行星，已知地球质量约为火星质量的10倍，地球半径约为火星半径的2倍；设地球的公转周期为、地球表面的重力加速度为、地球的第一宇宙速度为、地球的密度为，则（　　）A．火星的公转周期为 B．火星表面的重力加速度约为C．火星的第一宇宙速度约为 D．火星的密度约为【答案】B【解析】A．根据解得由于火星的公转半径不知道所以其公转周期无法确定，所以A错误；B．根据解得则火星表面的重力加速度约为所以B正确；C．根据解得火星的第一宇宙速度约为所以C错误；D．根据解得则火星的密度约为所以D错误；故选B。 二、多项选择题(本题共3小题，每小题4分，共12分)14北斗卫星导航系统是我国自行研制开发的区域性三维卫星定位与通信系统(CNSS)，建立后的北斗卫星导航系统包括5颗同步卫星和30颗一般轨道卫星。关于这些卫星，以下说法正确的是（　　）A. 所有同步卫星的线速度大小都相等B. 所有同步卫星一定在赤道正上方C. 导航系统所有卫星中，运行轨道半径越大的，角速度越大D. 导航系统所有卫星的运行速度一定大于第一宇宙速度【答案】AB【解析】AC．因为同步卫星要和地球同步自转，所以运行轨道就在赤道所在平面内，根据因为同步卫星的角速度与地球自转的角速度相同，即一定，所以必须固定，所以一定位于空间同一轨道，即轨道半径都相同。由可知所有同步卫星的线速度大小都相等，故C错误，A正确。B．若在除赤道所在平面外的任意一点，假设实现了“同步”，那它的运动轨道所在平面与受到地球的引力就不在一个平面上，这是不可能的。所以我国发射的同步通讯卫星必须定点在赤道上空，在同一平面内，故B正确；D．由万有引力提供向心力有可得则轨道半径大的线速度小，导航系统所有卫星的运行速度一定小于地卫星的运行速度，即第一宇宙速度，故D错误。故选AB。15．太阳系外行星大多不适宜人类居住，绕恒星“Glicsc581”运行的行星“Gl-581c”却很值得我们期待。该行星的温度在0℃到40℃之间，质量是地球质量的6倍，直径是地球直径的1.5倍，公转周期为13个地球日。“Glicsc581”的质量是太阳质量的0.31倍。设该行星与地球均可视为质量分布均匀的球体，绕其中心天体做匀速圆周运动，则（　　）A．该行星的第一宇宙速度是地球的第一宇宙速度的2倍B．如果人到了该行星，其体重是地球上的倍C．该行星与“Glicsc581”的距离是日地距离的倍D．恒星“Glicsc581”的密度是地球密度的169倍【答案】AB【解析】A．卫星绕任一行星表面附近做匀速圆周运动的速度即行星的第一宇宙速度，由得是行星的质量，是行星的半径设地球的质量为M，半径为R，则得该行星与地球的第一宇宙速度之比为故A正确；B．由可知该行星表面与地球表面重力加速度之比为所以如果人到了该行星，其体重是地球上的倍，即倍，故B正确；C．行星绕恒星运转时根据万有引力提供向心力列出等式得行星与恒星的距离行星“G1-581c”的公转周期为13个地球日，将已知条件代入解得行星“G1-581c”的轨道半径与地球轨道半径的比值故C错误：由于恒星“Glicsc581”的半径未知故不能确定其密度与地球密度的关系，故D错误。故选AB。16．法国科学家拉普拉在对牛顿引力理论做过透彻研究后指出，对于一个质量为M的球状物体当其半径R小于等于（其中c为光速，G为引力常量）时，即是一个黑洞，若天文学家观测到距黑洞中心距离为r的某天体以速度v绕该黑洞做匀速圆周运动，则（　　）A．该黑洞的质量为 B．该黑洞的质量为C．该黑洞的半径不超过 D．该黑洞的半径不超过【答案】BC【解析】AB．设某天体的质量为m，据引力作为向心力可得解得故该黑洞的质量为，A错误，B正确；CD．依题意可得C正确，D错误。故选BC。 二、非选择题(本题共5小题，共49分)17．（9分）木星的卫星之一叫“艾奥”，它上面的珞珈火山喷出的岩块初速度为18 m/s时，上升高度可达90 m。已知“艾奥”的半径为R＝1 800 km，忽略“艾奥”的自转及岩块运动过程中受到稀薄气体的阻力，引力常量G＝6.67×10－11  N·m2/kg2，求：(结果保留2位有效数字)(1)“艾奥”的质量；(2)“艾奥”的第一宇宙速度。【解析】　(1)岩块做竖直上抛运动，有v－v＝－2gh解得g＝＝ m/s2＝1.8 m/s2忽略“艾奥”的自转，则有mg＝G解得M＝＝ kg＝8.7×1022 kg。(2)某卫星在“艾奥”表面绕其做圆周运动时有G＝m，则v＝＝代入数据解得v＝1.8×103 m/s。【答案】　(1)8.7×1022 kg　(2)1.8×103 m/s18.（9分）一艘宇宙飞船绕地球作圆周运动时，由于地球遮挡阳光，会经历“日全食”过程，如图所示，太阳光可看作平行光，宇航员在A点测出地球的张角为α，已知地球的半径为R，地球质量为M，引力常量为G，求：(1)宇宙飞船离距地面的高度．(2)宇宙飞船的周期T.【答案】(1).(2)2π【解析】(1)设飞船做圆周运动的半径为r，距离地面的高度为h.由几何关系知sin＝①距离地面的高度为h＝r－R②由①②解得h＝R(2)由万有引力提供做圆周运动所需的向心力得G＝m()2r③由①③解得T＝2π19.（9分）我国神舟十一号载人飞船返回舱在内蒙古主着陆场成功着陆，如图甲所示。飞船的回收过程可简化为如图乙所示，回收前飞船沿半径为R的圆周绕地球运动，其周期为T，为了使飞船返回地面，飞船运动至轨道上某点A处，将速率降低到适当数值，从而使飞船沿着以地心为焦点的椭圆轨道运动，该椭圆和地球表面在B点相切。如果地球半径为R0，求飞船由A点运动到B点所需要的时间。【答案】　·T【解析】　飞船沿椭圆轨道返回地面，由题图可知，飞船由A点到B点所需要的时间刚好是沿图中整个椭圆运动周期的一半，椭圆轨道的半长轴为，设飞船沿椭圆轨道运动的周期为T′。根据开普勒第三定律有＝。解得T′＝T＝·T。所以飞船由A点到B点所需要的时间为t＝＝·T。20．（10分）宇航员站在一星球表面上的某高处，沿水平方向抛出一个小球，经过时间t，小球落到星球表面，测得抛出点与落地点之间的距离为l。若抛出时的初速度增大到3倍，则抛出点与落地点之间的距离为。已知两落地点在同一水平面上，该星球的半径为R，万有引力常量为G。试求：（1）两次落地点的距离；（2）该星球的质量M。【答案】（1）；（2）【详解】（1）设抛出点的高度为h，第一次平抛水平射程为x，则，若平抛初速度增大3倍，则有，解得，则两次落地点的距离（2）根据解得星球表面的重力加速度根据解得21（12分）为了方便研究物体与地球间的万有引力问题，通常将地球视为质量分布均匀的球体。已知地球的质量为M，半径为R，引力常量为G，不考虑空气阻力的影响。（1）求北极点的重力加速度的大小；（2）若“天舟号”在赤道所在平面内运行，绕地球运动的轨道可视为圆周，其轨道距地面的高度为h，求“天舟号”绕地球运行的周期；（3）若某时刻“天舟号”通过赤道上某建筑物的正上方，求它下次通过该建筑物正上方需要的时间，设“天舟号”绕行方向与地球自转方向相同，地球自转角速度为ω0。【答案】（1）；（2）；（3）【详解】（1）在北极点，质量为m0的物体受到的重力等于万有引力解得北极点的重力加速度大小为（2）设“天舟号”的质量为，其绕地球做匀速圆周运动的周期为，根据万有引力定律和牛顿第二定律可得解得“天舟号”绕地球运行的周期为（3）“天舟号”绕地球做匀速圆周运动，建筑物随地球自转做匀速圆周运动。天舟系列货运飞船主要用于对中国空间站在轨运行期间，提供补给支持，故其角速度大于同步卫星角速度，即天舟号角速度大于地球自转角速度。当卫星转过的角度与建筑物转过的角度之差等于2π时，“天舟号”再次出现在建筑物上空，可得ωΔt-ω0Δt=2π其中“天舟号”运行的角速度为联立解得需要的时间为